張 明

（中國鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司 洛陽供電段，高級(jí)技師，河南 洛陽 471OOO）

0 前言

全并聯(lián)AT供電方式在高速鐵路及客運(yùn)專線的應(yīng)用日益廣泛，其牽引變電所、分區(qū)所及AT所內(nèi)的牽引變壓器和AT自耦變壓器均設(shè)有瓦斯保護(hù)、壓力釋放及超溫保護(hù)，在運(yùn)行中由于外界環(huán)境的干擾，再加上本體保護(hù)裝置自身的缺陷，鄭州至西安高鐵（以下簡(jiǎn)稱鄭西高鐵）自從開通以來，已出現(xiàn)10次非電量保護(hù)動(dòng)作，其中以2019年1月11日閿鄉(xiāng)變電所3#B超溫誤動(dòng)作最為嚴(yán)重，巡視牽引變壓器溫度正常、203DL跳閘，嚴(yán)重干擾了高鐵運(yùn)輸秩序，影響5列高鐵列車運(yùn)行。

1 非電量保護(hù)工作原理

牽引變壓器及AT自耦變壓器利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，故障點(diǎn)局部產(chǎn)生高溫，使油溫升高體積膨脹，甚至沸騰，油內(nèi)溶解的空氣就會(huì)被排出變成氣泡上升；故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，使絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生大量的氣體。利用這種氣體來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的裝置，稱為瓦斯保護(hù)。

牽引變壓器利用油面溫度計(jì)及溫控器，用來監(jiān)控變壓器頂層油溫。溫度計(jì)的原理是基于密閉測(cè)溫系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)液體的飽和蒸氣壓力和溫度之間的線性關(guān)系，而進(jìn)行溫度測(cè)量的。當(dāng)溫包感受到溫度變化時(shí)，密閉系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸氣產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，引起彈性元件曲率的變化使其自由端產(chǎn)生位移，再由齒輪放大機(jī)構(gòu)把位移變?yōu)橹甘局?，并且可以輸出?～20）mA信號(hào)。金屬套管內(nèi)埋設(shè)有3線制Pt 100熱電阻溫度計(jì)，可實(shí)現(xiàn)溫控器溫度值與后臺(tái)之間的遠(yuǎn)傳。

非電量保護(hù)裝置由本體保護(hù)插件和操作插件組成。本體保護(hù)插件主要有本體瓦斯保護(hù)回路，壓力保護(hù)、超溫保護(hù)回路。操作插件有手動(dòng)跳合閘回路，斷路器跳閘回路，斷路器合閘回路，防跳回路，壓力監(jiān)視回路，信號(hào)回路。

當(dāng)出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)故障、變壓器過負(fù)荷、變壓器鐵心故障和變壓器繞組故障等現(xiàn)象時(shí)，都會(huì)引起變壓器溫度升高，當(dāng)溫度超過允許值時(shí)，超溫跳閘繼電器動(dòng)作。

2 非電量保護(hù)動(dòng)作檢查情況

2019年1月11日閿鄉(xiāng)變電所3#B非電量誤動(dòng)作后的檢查方法及試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）首先認(rèn)真細(xì)致檢查變壓器外觀有無變形、異?，F(xiàn)象。

2）檢查二次回路接線，確認(rèn)直流系統(tǒng)是否有直流接地，絕緣降低等報(bào)警信息。

3）檢查牽引變壓器溫控器狀態(tài)有無異常及其溫度定值是否正確。

4）檢查牽引變壓器的油位有無異常，油枕狀態(tài)是否正常，檢查牽引變壓器熱油有無膨脹空間，檢查牽引變壓器散熱器閥門是否打開。

5）檢查變壓器的歷史記錄，是否近期進(jìn)行過注油、濾油作業(yè)，油枕排氣是否徹底及油位指示有無異常，檢查牽引變壓器有無壓力增加及其壓力釋放信息等現(xiàn)象。

6）檢查牽引變壓器呼吸系統(tǒng)是否暢通，吸濕器有無堵塞情況。

7）抽取油樣做油色譜分析，對(duì)油樣進(jìn)行分析，其結(jié)果（見表1）。

（8）對(duì)3#B主變繞組進(jìn)行介損和電容測(cè)試，同時(shí)對(duì)3#B溫度保護(hù)二次電纜進(jìn)行絕緣檢查、及對(duì)電纜溝及電纜夾層內(nèi)高低壓電纜敷設(shè)情況進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)電纜溝內(nèi)控制電纜低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，電纜狀態(tài)良好，無接地及絕緣下降情況，綜合判斷為超溫保護(hù)誤動(dòng)作

表1 1.3#B主變油溶解氣體組分量色譜分析結(jié)果μL·L1

3 非電量保護(hù)動(dòng)作原因分析

牽引變壓器采用的是天津凱發(fā)公司生產(chǎn)的DK3532本體保護(hù)裝置，該裝置的動(dòng)作原理見圖1。

圖1 非電量保護(hù)原理圖

圖1中非電量接點(diǎn)是指瓦斯繼電器的重瓦斯接點(diǎn)、溫控器的溫度二段接點(diǎn)及壓力釋放裝置的微動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)，DK3532是DK3532本體保護(hù)裝置，ZJ是重動(dòng)中間繼電器。當(dāng)牽引變壓器的非電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)，既瓦斯繼電器，溫控器及壓力釋放裝置動(dòng)作時(shí)，非電量裝置常開接點(diǎn)閉合，DK3532本體保護(hù)裝置正電源+KM經(jīng)非電量常開接點(diǎn)進(jìn)入DK3532本體保護(hù)裝置中的重動(dòng)中間繼電器ZJ后，不經(jīng)判斷延時(shí)，而直接驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘線圈至負(fù)電源-KM,直接使斷路器跳閘。

3.1二次原理設(shè)計(jì)缺陷對(duì)天津凱發(fā)公司DK3532本體保護(hù)裝置原理圖分析發(fā)現(xiàn)，非電量保護(hù)動(dòng)作不符合《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定，裝置不經(jīng)重動(dòng)中間繼電器ZJ附加判斷，直接啟動(dòng)斷路器動(dòng)作跳閘。應(yīng)將可能引起兩個(gè)及以上的斷路器動(dòng)作跳閘的開入量，經(jīng)抗干擾重動(dòng)中間繼電器ZJ判斷后，即重動(dòng)中間繼電器ZJ動(dòng)作后，其接點(diǎn)閉合開入，使其斷路器動(dòng)作跳閘。

3.2重動(dòng)中間繼電器選擇不良天津凱發(fā)公司DK3532本體保護(hù)裝置內(nèi)采用的重動(dòng)中間繼電器型號(hào)為DSP1 24 V，經(jīng)查該型號(hào)重動(dòng)中間繼電器啟動(dòng)功率僅為2 W多，不符合《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》關(guān)于“裝置中的抗干擾的重動(dòng)中間繼電器的啟動(dòng)功率大于5 W，動(dòng)作電壓在額定直流電源電壓的55～65%Ue范圍內(nèi)，額定直流電源電壓下動(dòng)作時(shí)間為10 ms—35 ms”的規(guī)定。

3.3二次控制電纜布置不當(dāng)高鐵牽引變電所的牽引變壓器設(shè)在室外，距離控制室比較遠(yuǎn)，其二次電纜從牽引變壓器的端子箱到控制室監(jiān)控屏要經(jīng)過電纜溝及電纜夾層，由于前期施工未嚴(yán)格按工藝要求施工。造成控制電纜低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，以及電纜芯線之間及芯線對(duì)地之間的分布電容作用，使非電量保護(hù)表現(xiàn)為導(dǎo)通狀態(tài)，從而造成非電量保護(hù)裝置DK3532動(dòng)作。

3.4門檻動(dòng)作電壓過低DK3532本體保護(hù)裝置內(nèi)的重動(dòng)中間繼電器動(dòng)作電壓僅為24 V，極易引發(fā)誤動(dòng)。如在非電量保護(hù)回路中，由于非電量保護(hù)的接點(diǎn)Kl設(shè)在牽引變壓器本體上，距離控制室保護(hù)測(cè)控盤較遠(yuǎn)，敷設(shè)的二次電纜較長，再加上施工不規(guī)范造成的電纜溝內(nèi)控制電纜、低壓電纜、高壓電纜混合放置和交叉放置，導(dǎo)致二次電纜處在強(qiáng)電、強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境之中極易受到電磁干擾產(chǎn)生大于24 V感應(yīng)電壓導(dǎo)致誤動(dòng)；此外，還因控制電纜選型與設(shè)計(jì)圖圖紙嚴(yán)重不符，沒有采用屏蔽電纜，在惡劣的環(huán)境中其保護(hù)回路中往往會(huì)感應(yīng)出較強(qiáng)的干擾信號(hào)(一般幅值大于24 V，在嚴(yán)重短路等事故環(huán)境下，感應(yīng)電壓可能會(huì)更高)，也會(huì)引起DK3532保護(hù)測(cè)控裝置誤動(dòng)作。例如鄭西高鐵的楊窯AT所1#AT及馬蹄溝AT所2AT在未運(yùn)行的情況下，保護(hù)測(cè)控裝置自從2010年開通以來多次報(bào)壓力釋放動(dòng)作信息，經(jīng)過多次檢查自耦變壓器狀態(tài)良好，油樣分析正常符合規(guī)程規(guī)定，對(duì)自耦變壓器進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，絕緣良好，最終分析判定故障為門檻動(dòng)作電壓低導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)所致。

4 高鐵變壓器非電量保護(hù)改進(jìn)措施

4.1選擇符合要求的重動(dòng)中間繼電器借鑒地方供電局220 KV變電站的經(jīng)驗(yàn)及根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》要求，選擇使用性能質(zhì)量達(dá)標(biāo)的非電量保護(hù)的重動(dòng)中間繼電器，即重動(dòng)中間繼電器主要參數(shù)符合啟動(dòng)功率不小于5 W、動(dòng)作電壓不小于55～65%Ue、動(dòng)作時(shí)間不小于10 ms的規(guī)定。經(jīng)比選，確定改用JQX-5F繼電器作為重動(dòng)中間繼電器。

4.2改造二次接線對(duì)二次接線進(jìn)行改造，使其非電量保護(hù)的開入量均應(yīng)經(jīng)抗干擾的重動(dòng)中間繼電器ZJ動(dòng)作后,其重動(dòng)中間繼電器ZJ的接點(diǎn)閉合后，斷路器才動(dòng)作跳閘。其改造后的二次接線原理如圖2所示。

圖2 改造后的原理圖

圖2中非電量接點(diǎn)是指瓦斯繼電器的重瓦斯接點(diǎn)、溫控器的溫度二段接點(diǎn)及壓力釋放裝置的微動(dòng)開關(guān)接點(diǎn)，DK3532是DK3532本體保護(hù)裝置，ZJ是指重動(dòng)中間繼電器，ZJ1、ZJ2是重動(dòng)中間繼電器ZJ的常開接點(diǎn)，XJ是信號(hào)繼電器。當(dāng)其牽引變壓器的非電量裝置動(dòng)作，如瓦斯繼電器，溫控器及壓力釋放裝置動(dòng)作時(shí)，其非電量常開接點(diǎn)閉合，DK3532本體保護(hù)裝置正電源+KM經(jīng)非電量常開接點(diǎn)進(jìn)入DK3532本體保護(hù)裝置中的重動(dòng)中間繼電器ZJ后，重動(dòng)中間繼電器ZJ動(dòng)作，經(jīng)大約10 ms～35 ms的延時(shí)后，其常開接點(diǎn)ZJ1、ZJ2閉合，由重動(dòng)中間繼電器ZJ的常開接點(diǎn)ZJ1驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘線圈至負(fù)電源-KM,直接使斷路器跳閘。由重動(dòng)中間繼電器ZJ的常開接點(diǎn)ZJ2，使信號(hào)繼電器受電動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)DK3532本體保護(hù)裝置中的信號(hào)燈亮。這樣當(dāng)有干擾信號(hào)進(jìn)入到本體保護(hù)裝置中時(shí)，即使重動(dòng)中間繼電器受電，但由于功率小于5 W時(shí)，重動(dòng)中間繼電器ZJ也不能動(dòng)作，既重動(dòng)繼電器的常開接點(diǎn)ZJ1、ZJ2也不能可靠閉合。即使重動(dòng)繼電器ZJ動(dòng)作，由于干擾信號(hào)持續(xù)時(shí)間一般均小于10 ms，而重動(dòng)中間繼電器的常開接點(diǎn)，動(dòng)作延時(shí)為10 ms～35 ms，這樣就有效防止了因外部環(huán)境干擾，而使斷路器誤動(dòng)作跳閘的可能。

4.3更換性能優(yōu)良的本體保護(hù)插件對(duì)鄭西高鐵管內(nèi)DK3532裝置本體保護(hù)插件進(jìn)行更換，其更換后的本體保護(hù)插件滿足《電氣化鐵路自耦變壓器保護(hù)測(cè)控裝置技術(shù)條件》非電量跳閘回路如下要求：

1）回路的起動(dòng)功率不應(yīng)低于5 W；

2）回路的起動(dòng)電壓值不應(yīng)大于0.7倍額定電壓值，且不應(yīng)小于0.55倍額定電壓值；

3）回路在額定直流電源電壓下的動(dòng)作時(shí)間為10 ms～35 ms；

4)回路應(yīng)具有抗220 V工頻電壓干擾的能力。

且非電量告警應(yīng)滿足以下要求：

（a）非電量告警信號(hào)采用開入方式接入保護(hù)裝置，由保護(hù)裝置完成非電量告警及事件記錄；

（b）本體保護(hù)插件必須能接入輕瓦斯、溫度I段、油位異常非電量告警信號(hào)。

5 結(jié)束語

鄭西高鐵管內(nèi)七座牽引變電所自從2019年2月1日改造完畢，至今運(yùn)行良好，未出現(xiàn)非電量保護(hù)誤動(dòng)作及誤報(bào)警情況，為高鐵的安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)及理論依據(jù)。